• 전기전자학회논문지
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• 제11권1호통권20호
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• pp.24-29
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• 2007

본 연구에서 심리적으로 안정된 상태에서 맥율을 측정할 수 있는 장치를 개발하였다. 개발된 시스템은 뇌파, 호흡파, 맥동파를 검출하는 하드웨어장치와 이들 신호를 획득하고 처리하는 소프트웨어로 구성하였다. 뇌파는 전두부에서 쌍극형으로 유도하였고, 호흡은 서미스터 브리지를 이용하여 구성된 변환기를 사용하여 비강 전부에서 유도하였으며 맥동파는 귀볼에서 유도한 용적맥파를 사용하였다. 피검자의 심리적 안정된 상태의 판정은 뇌파의 스펙트럼을 이용하였다. 맥율의 결정은 원전에 따라 1호흡 당 맥동수를 사용하였다. 개발된 장치를 사용하여 맥율검출 실험을 한 결과, 뇌파의 주파수 대역별 구분, 안정된 호흡신호의 검출과 이득 조절이 되는 용적맥파의 검출이 실시간으로 가능하였다. 그리고 검출된 신호로부터 맥율을 검출할 수 있었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.491-498
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• 2022

우리의 일상생활에서 양질의 수면은 행복 지수와 밀접한 관계가 있다. 사람들은 수면 장애를 만성 질환으로 인식하든 아니든 많은 어려움을 호소하고 있으며 일상생활에서 수면 중에 호흡 곤란을 경험하는 경우가 종종 발생한다. 수면 중에 호흡 관련 장애를 자동으로 인식하는 것은 매우 중요하나 현실적으로 매우 어렵다. 본 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해 가정에서 건강관리를 위해 모바일 기반의 비접촉 수면 모니터링을 제안한다. 수면 중 호흡 신호는 스마트 폰의 소리 센서를 이용하여 호흡 신호를 수집하고, 신호의 특징을 추출, 호흡의 주파수, 진폭, 호흡의 주기, 호흡의 패턴을 분석한다. 모바일 건강이 모든 문제를 해결하지는 못하나 개인의 건강 상태의 조기 발견과 지속적인 관리를 목적으로 하고, 일반 가정의 침실에서 스마트 폰으로 추가 센서 없이 수면 중에 호흡과 같은 생리학적 데이터 모니터링의 가능성을 보여준다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제33권1호
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• pp.39-46
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• 2012

Electrical impedance tomography(EIT) can produce functional images with conductivity distributions associated with physiological events such as cardiac and respiratory cycles. EIT has been proposed as a clinical imaging tool for the detection of stroke and breast cancer, pulmonary function monitoring, cardiac imaging and other clinical applications. However EIT still suffers from technical challenges such as the electrode interface, hardware limitations, lack of animal or human trials, and interpretation of conductivity variations in reconstructed images. We improved the KHU Mark2 EIT system by introducing an EIT electrode interface consisting of nano-web fabric electrodes and by adding a synchronized biosignal measurement system for gated conductivity imaging. ECG and respiration signals are collected to analyze the relationship between the changes in conductivity images and cardiac activity or respiration. The biosignal measurement system provides a trigger to the EIT system to commence imaging and the EIT system produces an output trigger. This EIT acquisition time trigger signal will also allow us to operate the EIT system synchronously with other clinical devices. This type of biosignal gated conductivity imaging enables capture of fast cardiac events and may also improve images and the signal-to-noise ratio (SNR) by using signal averaging methods at the same point in cardiac or respiration cycles. As an example we monitored the beat by beat cardiac-related change of conductivity in the EIT images obtained at a common state over multiple respiration cycles. We showed that the gated conductivity imaging method reveals cardiac perfusion changes in the heart region of the EIT images on a canine animal model. These changes appear to have the expected timing relationship to the ECG and ventilator settings that were used to control respiration. As EIT is radiation free and displays high timing resolution its ability to reveal perfusion changes may be of use in intensive care units for continuous monitoring of cardiopulmonary function.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권7호
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• pp.151-157
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• 2019

최근 비침투 또는 비접촉 방식을 활용한 호흡상태 관찰에 대한 관심이 높아지고 있다. 여러 가지 많은 생체신호들 중 호흡신호를 활용하여 건강상태를 점검하는 것은 비정상적인 건강 상태에 대한 신속한 대응을 가능하게 해 준다. 본 논문에서는 국소 퓨리에 변환을 활용한 실시간 무호흡 상태 검출에 대한 방법을 제시한다. 기존의 고속 퓨리에 변환을 활용한 신호해석과 달리, 본 논문에서는 국소 퓨리에 변환을 사용하여 짧은 신호 구간에서의 주파수 응답을 분석한다. 본 연구에서 호흡 신호는 비접촉 방식을 활용하였으며, 초광대역 레이더 모듈을 활용하여 신호를 획득하였다. 국소 퓨리에 변환을 활용하여 호흡 상태를 검출한 후, 검출 결과에 따라 호흡 상태에 대한 분류가 가능하다. 특히 국소 퓨리에 변환은 실시간으로 호흡 상태에 대한 주파수 분석이 가능하도록 하였다. 호흡신호에 잡음이 존재할 경우를 대비하여 적절한 필터링 알고리즘이 적용되었다. 본 논문에서 제안하는 방법은 직관적으로 구현이 가능하고, 실질적으로 사람의 호흡상태에 대한 분석이 가능하도록 해준다. 제안한 방법을 검증하기 위해 호흡신호를 활용한 실험결과를 제시한다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제30권5호
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• pp.418-426
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• 2019

최근 사물인터넷(internet of things: IoT) 스마트 홈 시스템과 관련하여 레이다 기반의 다양한 생체신호 탐지 기법들이 개발되고 있다. 생체신호는 폐에 의한 호흡수와 심장에 의한 심장박동수로 정의되며, 이는 일반적으로 흉부 또는 등의 미세한 움직임을 야기한다. 이때, 이 미세한 움직임은 레이다 수신신호의 위상을 변화시키기 때문에, 생체신호는 주로 위상 변화에 대한 스펙트럼 분석을 통해 탐지된다. 하지만, 호흡수와 달리 심장박동수에 의한 위상 변화는 매우 미약하기 때문에 실제 측정환경에서는 다양한 원인들로 인해 심장박동수가 오탐지될 확률이 매우 높다. 따라서 본 논문에서는 먼저 생체신호 오탐지를 야기하는 원인들을 분석한 후, 이를 바탕으로 효과적인 생체신호 탐지 기법을 제안한다. 제안된 기법은 크게 1) 위상 분리, 2) 위상 미분 및 필터링, 3) 생체신호 탐지, 그리고 4) 오탐지율 감소 단계로 구성되며, IR-UWB(Impulse-Radio Ultra-Wideband)를 사용한 실험 결과에서 보다 효율적이고 정확하게 생체신호가 탐지됨을 확인할 수 있었다.

• 한국전자파학회:학술대회논문집
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• 한국전자파학회 2002년도 종합학술발표회 논문집 Vol.12 No.1
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• pp.315-318
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• 2002

본 논문은 도플러 레이다의 원리를 이용하여 인체 호흡수 측정기술에 관하여 기술하였다. 주파수 1.59㎓ 대역의 전자파를 이용한 인체 호흡수 측정의 역사적 배경과 함께 자세한 측정원리 및 방법을 제시하였다. 인체의 흉곽 운동에 의해 반사된 신호의 도플러 주파수 차이만큼의 변이량을 오실로스코프 상에서 단위시간 당 호흡수를 나타내었다. 헤테로다인 방식의 시스템으로 측정하였으며, 폴디드 슬롯 안테나를 자체 제작하여 사용하였다. 이와 같은 인체 호흡수 측정기는 생명체 탐지 장치나 수면 무호흡증 측정기로 사용될 수 있으며 동작 감지 레벨을 높이면 그 적용 범위는 더욱더 늘어날 것으로 예상된다.

• Journal of electromagnetic engineering and science
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• 제12권4호
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• pp.234-239
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• 2012

This paper presents a compact K-band Doppler radar sensor for human vital signal detection that uses a radar configuration with only single coupler. The proposed radar front-end configuration can reduce the chip size and the additional RF power loss. The radar front-end IC is composed of a Lange coupler, VCO, and single balanced mixer. The oscillation frequency of the VCO is from 27.3 to 27.8 GHz. The phase noise of the VCO is -91.2 dBc/Hz at a 1 MHz offset frequency, and the output power is -4.8 dBm. The conversion gain of the mixer is about 11 dB. The chip size is $0.89{\times}1.47mm^2$. The compact Ka-band Doppler radar system was developed in order to demonstrate remote human vital signal detection. The radar system consists of a Ka-band Doppler radar module with a $2{\times}2$ patch array antenna, baseband signal conditioning block, DAQ system, and signal processing program. The front-end module size is $2.5{\times}2.5cm^2$. The proposed radar sensor can properly capture a human heartbeat and respiration rate at the distance of 50 cm.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제9권5호
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• pp.1780-1787
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• 2014

Arterial oxygen saturation ($SpO_2$) monitoring for newborns requires special attention in neonatal intensive care units (NICUs). Newborns have very low photo-plethysmogram (PPG) amplitudes and their body movements are difficult to contain. Hardware design and its associated signal processing algorithms should be robust enough so that faulty measurements can be avoided. In this study, improved designs were implemented to deal with low perfusion, motion artifact, and the influence of ambient light. Dynamic range was increased by using different LED intensities and a feedback system. To minimize the effects of motion artifact and to discard other unqualified data, four additional algorithms were used, which were based on dual-trace detection, continuity of DC level, morphology of PPG, and simultaneity check of $SpO_2$. Our $SpO_2$ system was tested with newborns with normal respiration in the NICU. Our system provided fast, real-time responses and 100% artifact detection was accomplished under 84% of $SpO_2$.

• 한국전자파학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.1204-1212
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• 2008

이 논문에서는 여러 곳에서 통용되고 있는 기존의 CW(Continuous-Wave) 바이오 레이더 송수신 모델을 수정한 새로운 송수신 모델을 제안한다. 최근에 심장 박동과 호흡을 검출하기 위해 CW 바이오 레이더를 이용해서 여러 연구 기관에서 연구가 진행되고 있다. 그러나 이 통용되고 있는 수신 모델을 이용해서 심장 박동을 검출하게 되면 여분의 위상 변이나 가우시안 잡음에 취약하고, 또한 인체 공학적으로 개념상 정확하지 못한 단점을 가지고 있다. 그러므로 이 논문에서 인체 공학상으로 정확한 수정된 CW 바이오 레이더 송수신 모델을 제안함으로써 여분의 위상 변이와 가우시안 잡음이 있는 환경뿐 아니라 다중 경로 환경에서 기존의 송수신 모델과의 심장 박동과 호흡 검출에 대한 성능을 비교 분석한다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제27권3호
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• pp.299-306
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• 2016

본 논문에서는 공진기와 인체와의 거리에 따른 근접 전자기장 변화에 의한 공진기 임피던스의 변화를 토대로 사람의 호흡 및 심박신호를 검출할 수 있는 센서를 제안한다. 제안된 생체신호 측정센서는 패치형 공진기가 결합된 발진기, 발진주파수의 2채배 주파수만 통과시키기 위한 다이플렉서, 증폭기, SAW 필터 및 RF 검출기로 구성되어 있다. 호흡과 심박신호와 같은 인체의 주기적인 움직임은 근접 전자기장 영역 안에서 공진기의 임피던스 변화를 야기하며, 발진기의 주파수를 변화시킨다. 감도를 향상시키기 위해 발진주파수의 2채배 주파수 천이를 SAW 필터의 저지대역에 위치시킴으로써, 제안된 센서의 검출 거리를 2배로 확장시킬 수 있다. 제안된 센서의 측정결과, 최대 40 mm까지 호흡 및 심박신호가 안정적으로 측정되는 것을 확인하였다.